Ilmiy rahbar: Topshirdi: Rajabov Akmal Urganch 2022 y Mavzu

2.2 Yorug’lik bosimi. Lebedev tajribasi


Quyosh nurlari ta’sirida kometa dumining og‘ishini kuzatishlar asosida yorug‘lik bosimi haqidagi gipotezani o‘z vaqtida Kepler aytgan edi. Bu hodisaga ilmiy yondoshgan birinchi olim Maksvell bo‘ldi. 1873- yilda o‘zining yorug‘likka oid elektromagnit nazariyasi asosida u jism sirtiga tushayotgan yorug‘lik unga bosim berishini ko‘rsatdi. Shu bilan birga Maksvell yorug‘lik bosimi E elektr va H magnit maydon kuchlanganliklarining tebranishlari tufayli yuzaga kelishini nazariy isbotlab berdi. Ko‘pgina olimlar yorug‘likning bosimini o‘lchashga urinib ko‘rdilar. Ammo bu bosim shu darajada kichikki (10^-8 Pa), olimlarning urinishlari hech qanday natija bermadi. Maksvellning yorug‘lik bosimi bo‘yicha amalga oshirgan nazariy hisoblashlariga katta shubha bilan qarashdi. Xususan mashhur fizik V. Tomson (lord Kelvin) ularga qarshi bo‘lib chiqdi.
Yorug‘lik to‘lqinining elektr maydoni ta’siri ostida jismlardagi elektronlar elektr maydon kuchlanganligining yo‘nalishiga qarshi yo‘nalishda harakatga keladi. Batartib harakatlanayotgan elektron- larga yorug‘lik to‘lqinining magnit maydoni xuddi elektr tokiga ta’sir qilgani kabi to‘lqinning yo‘nalishi tomon yo‘nalgan Lorens kuchi bilan ta’sir etadi (3 - rasm). Bu kuch yorug‘likning bosim kuchi bo‘lib, uning jismning yuza birligiga to‘g‘ri kelgan qiymati yorug‘lik bosimini beradi.
Yorug‘likning kvant nazariyasidan ham yorug‘lik uchragan to‘siqqa bosim ko‘rsatish xossasi borligi kelib chiqadi. Bu nazariya asosida yorug‘lik bosimini yorug‘likni fotonlar oqimidan iborat deb qarab hisoblash oson.
Faraz qilaylik, chastotasi v va intensivligi I bo‘lgan monoxromatik yorug‘lik dastasi biror S yuzaga normal tushayotgan bo‘lsin (4 - rasm). Birlik yuzaga vaqt birligida tushayotgan barcha fotonlarning


3- rasm. 4- rasm.
Yorug’lik to’lqinining S yuzaga Elektr maydoni tasirida tushayotgan yorug’lik dastasi tarqalishi (yorug’lik bosimi) chastota va intensivligining bog’liqligi

energiyasi yorug‘lik intensivligini xarakterlaydi. Bitta fotonning energiyasi hv ga teng bo‘lgani uchun:
I=Nhv (1)
bo‘ladi, bunda N — birlik yuzaga vaqt birligida tushayotgan fotonlar soni.
Impulsning saqlanish qonuniga asosan, fotonning sirtga beradigan kuch impulsi fotonning sirtga «urilishdan» oldingi va keyingi impulslarning ayirmasiga teng. Agar sirt yorug‘likni to‘la yutsa, u vaqtda bu impuls quyidagi ifodaga teng bo‘ladi:

(fotonning urilishidan keyingi impulsi nolga teng, chunki foton yutilgandan keyin yo‘qoladi).
Agar yorug‘lik sirtdan to‘la qaytsa, foton unga





impulsni beradi (fotonning tushishdagi va qaytishdagi impulsi qarama-qarshi ishoraga ega bo‘ladi).
Birlik yuzaga vaqt birligi ichida ta’sir ko‘rsatadigan kuch impulsi shu yuzaga bo‘lgan bosimni beradi. Shuning uchun birlik yuzaga ega bo‘lgan sirtning vaqt birligi ichida barcha N fotonlardan olgan to‘la impulsi yorug‘lik bosimi p ga teng bo‘ladi. Binobarin, yorug‘lik bosimi yutuvchi sirt uchun p = N hv/c , qaytaruvchi sirt uchun p = 2N hv/c bo‘ladi. U vaqtda (1) formulani e’tiborga olgan holda quyidagiga ega bo‘lamiz:
p= (2)
yutuvchi sirt uchun
va p=2 (3)
qaytaruvchi sirt uchun.
Maksvellning elektromagnit nazariyasiga asosan yorug‘likning bosimi quyidagiga teng:
P =(1+k)I/c (4)
bunda k — sirtning yorug‘likni qaytarish koeffitsiyenti bo‘lib, yorug‘likni to‘la yutuvchi sirt uchun k=0, to‘la qaytaruvchi sirt uchun k=1 bo‘ladi.
Shunday qilib, yorug‘likning to‘lqin nazariyasi va kvant nazariyasi yorug‘lik bosimi uchun bir xil natijaga olib keladi. Bu natijaning to‘g‘riligini isbotlash uchun yorug‘likning bosimini o‘lchash muhimdir. Yorug‘likning bosimini birinchi bo‘lib 1900- yilda mashhur rus fizigi Petr Nikolayevich Lebedev eksperimental ravishda juda nozik va nodir tajriba vositasida aniqladi. Bu tajribaning prinsipial sxemasi 5 - rasmda berilgan.

5 - rasm. Lebedev tajribsi sxemasi
Havosi so‘rib olingan B idishda tortilgan A shisha tolaga ikkita yengil D va C metall plastinka mahkamlangan, ulardan biri (C) ning sirti qoraytirilgan (yorug‘lik yutadi), ikkinchisi yaltiroq (yorug‘likni qaytaradi) qilib ishlangan.
Yorug‘lik dastasi tushgan plastinka yorug‘lik ta’sirida hara- katlanadi, natijada A tola biror burchakka buriladi, uni tolaga yopishtirilgan E ko‘zgu va ko‘rish trubasi (rasmda ko‘rsatilmagan) yordamida o‘lchanadi. Burilish burchagining kattaligiga qarab yorug‘likning plastinkaga berayotgan bosimi hisoblanadi.
Lebedev tomonidan yorug‘lik bosimining tajribada olingan qiymatlari yorug‘lik bosimining nazariy jihatdan hisoblangan qiymatlari bilan mos tushgan. Jumladan, qaytaruvchi sirtga (yaltiroq plastinkaga) yorug‘likning bosimi yutuvchi sirtdagi (qoraytirilgan plastinka)ga nisbatan ikki marta kattaligi aniqlangan.
Yorug‘lik bosimining kvant va to‘lqin nazariyalar yordamida bir xil tushuntirilishi yorug‘likning to‘lqin xossalariga ham, korpusku- lyar xossalariga ham ega bo‘lgan elektromagnit to‘lqin ekanligini yana bir karra isbotlaydi.